Полное внутреннее отражение происходит, когда световой луч переходит из более плотной среды в менее плотную под углом, превышающим некоторый критический угол. Для вычисления критического угла полного внутреннего отражения используется закон Снеллиуса (закон преломления), который формулируется следующим образом:
[ n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2) ]
где:
- ( n_1 ) и ( n_2 ) — показатели преломления первой и второй среды соответственно,
- ( \theta_1 ) — угол падения,
- ( \theta_2 ) — угол преломления.
Для полного внутреннего отражения угол преломления ( \theta_2 ) становится 90 градусов, так как луч будет скользить по границе раздела сред. В этом случае синус угла преломления равен 1. Таким образом, формула для критического угла ( \theta_c ) будет:
[ n_1 \sin(\theta_c) = n_2 \cdot 1 ]
или
[ \sin(\theta_c) = \frac{n_2}{n_1} ]
Если свет переходит из стекла (с показателем преломления ( n_1 = 1.4 )) в воздух (с показателем преломления ( n_2 \approx 1.0 )), то формула для критического угла примет вид:
[ \sin(\theta_c) = \frac{1}{1.4} ]
Теперь вычислим значение синуса критического угла:
[ \sin(\theta_c) \approx 0.7143 ]
Чтобы найти сам угол, необходимо взять арксинус от полученного значения:
[ \theta_c = \arcsin(0.7143) ]
Рассчитаем это значение:
[ \theta_c \approx 45.58^\circ ]
Итак, предельный угол полного внутреннего отражения для стекла с показателем преломления ( n = 1.4 ) составляет приблизительно ( 45.58^\circ ).